多余度电容式油量传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提出的一种多余度电容式油量传感器，旨在一种安装方便、灵敏度高、耐冲击、可靠性高的电容式油量传感器。本发明通过下述技术方案予以实现：同心圆筒形极板组成的圆柱形电容器探头、同轴连接圆柱形电容器探头的电器盒及其内置于盒体中的信号处理装置和引线组件，其特征在于：在圆柱形电容器探头和信号处理装置固联在一起；圆柱形电容器探头的感应部分由两根同轴装配的非金属管构成，非金属管内外管壁分别覆有一层导电体，在外极管、内极管的内外管壁感应部分上的导电体覆层，构成二个电容并行输出互为备份的敏感元件结构。
【专利说明】多余度电容式油量传感器
【技术领域】
[0001]本发明型涉及一种测量飞机燃油存贮装置燃油液位高度的余度电容式油量传感器。
【背景技术】
[0002]油量测量传感信号器是为实现精确测量燃油箱油面实时高度以及油尽、油满信号等功能推出的液位测量传感器。电容式油量传感器是基于射频电容测量原理，动态分析传感器在介质中各种参数，自动进行精确补偿，可对各类燃油的油位及其它各种对不锈钢或铝合金不腐蚀的液体进行精确测量，感受油箱中的燃油液位高度，将高度变化量转换为电容变化量，在规定的信号点能发出满油信号，在规定的信号点能发出油箱油尽信号，不受介质密度和压力影响，可测量不同介质，专为国内外民用飞机油量测量系统大量采用、汽车油箱、油罐车、油库等盛油容器精确测量量身定做的专用仪表前端探测设备。飞机燃油测量系统是飞机燃油保障系统的一个重要装置，是飞机在水平飞行时，能够准确地测量每组油箱的剩余油量，以维持对飞机发动机的自动供油，使飞机能够正常的飞行，决定飞机飞行航程的依据之一。
[0003]现有技术对飞机燃油油量变化测量采用的单余度的燃油测量的油量传感器，是通过燃油液面位置的变化，导致电容量产生变化通过电路将电容量的变化转化为电信号，再利用自动平衡电桥测量此电容以表示相应的油量。电容式油量传感器的感应体部分为一同轴电容，电容器为两平极结构，作绝缘处理后的电容器两极间浸入不同的界质中，由于电容器中的介质相对介电系数不同，电容量是不同的；而当电容器两极处在两不同介质的界面处，当液体介质的液面发生变化，也将导致电容器的电容C也发生变化，当油进入设备容仓后，会引起设备仓体和感应电极之间电容变化，这个变化通过频率测量与校正，在信号输出端输出0-5V标准信号供相关仪表或通信终端使用。电容式油量传感器作为燃油测量中的重要测量单元，处在大气中、浸入不同液体或浸入不同液体深度不同，其电容量的变化，采用专用的信号调理电路把电容量转换比例电压输出。在大气中相对介电常数为1，电容传感器的电容量为CO，经调理转换后输出电压为V0，在油品中相对介电常数变大，在水中相对介电常数更大，电容传感器的电容量将随着浸入不同液体深度加大而变大，经调理转换后输出电压也将随之变大。电压信号再经放大器放大和A/D转换，得到不同的A/D值。A/D值的大小表明传感电容器所处的介质或淹没入油、水介质的深度。飞机在飞行过程中，油箱内的油量是估计飞机续航时间和确保飞行安全的重要参数。燃油油量测量系统的精度、可靠性及维修，对飞机的性能有着重要的影响。提高油量测量精度意味着可以大大提高飞机的有效载荷。在飞机燃油系统中，油箱内油量的测量非常重要，如果测量值出现偏差，将直接影响到燃油管理系统，对于重心调整有重要影响，甚至危及到整个飞机的飞行安全。电容式油量传感器在飞机的安装使用中，直接影响飞机在空中的飞行时间、飞行安全。电容传感器测量油量时产生的测量误差，被测介质温度变化引起体积变化的误差，一旦出现故障，需要排放出飞机油箱内的燃油，在拆除飞机的蒙皮，然后才能拆卸掉飞机油箱内的油量传感器。这就要求油量传感器具有长寿命和高可靠性，而传统的油量传感器则不能做到与飞机同寿使用，通过可靠性预计分析也达不到现今飞机的平均无故障时间的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单、安装方便、灵敏度高、耐冲击、可靠性高的多余度电容式油量传感器。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种多余度电容式油量传感器，包括:同心圆筒形极板组成的圆柱形电容器探头、同轴连接圆柱形电容器探头的电器盒及其内置于盒体中的信号处理装置和引线组件，其特征在于:在圆柱形电容器探头和信号处理装置固联在一起；圆柱形电容器探头的感应部分由两根同轴装配的非金属管构成，两个非金属管内外管壁分别覆有一层导电体，在外极管、内极管的内外管壁感应部分上的导电体覆层，构成二个电容并行输出、多余度互为备份的敏感元件结构。
[0006]本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
[0007](I)传感器可靠性很高。本发明继承采用了电容式测量原理，通过由传感器的内外极管管壁分别覆上4层铜材料构成的柱形电容形成的敏感元件，使其具有多余度。从而提高传感器的可靠性和使用寿命。传感器采用4层铜覆层的结构。4层铜覆层中，外极管具有2层，内极管具有2层，可以构成2个电容并行输出的结构，从而增加传感器的测量余度。
[0008](2)结构简单、安装方便。本发明将圆柱形电容器探头和信号处理装置固联在一起，可有效减少由于导线电缆所带来的杂散电容的影响，可保证安装过程中所产生的附加电容能被有效控制和质量稳定性，而不必修改标定后所得到的参数以及程序。本装置由于电路部分与燃油完全隔离，故不会出现电子器件损坏引起的安全隐患，比传统产品更安全可靠。
[0009](3)精度高。本发明无机械运动结构，杜绝了由于长时间的滑动造成的使用磨损，有效的延长了使用寿。通过设置在油箱内部的金属电容测试极，能够准确测量油箱中的存油量，其结构紧凑、安装方便，检测精确度高。(4)耐冲击。传感器以刚性连接为主，柔性连接为辅的连接方式使传感器在振动环境的结构强度高。
[0010](5)灵敏度高。非金属管内外管壁分别覆有一层导电体，在外极管、内极管的内外管壁感应部分上的导电体覆层，构成二个电容并行输出的敏感元件的多余度结构增强了电容式油量传感器的灵敏度。本发明创造性的采用了非金属材料作为传感器的内外和外极管，内极管和外极管管壁上再分别电镀上4层金属材料的结构。4层金属材料可以作为2组电极，并行输出2组相同的电容信号，互为备份，实现多余度设计，提高其使用寿命和可靠性。该结构作为传感器的敏感部件，实时的感应液位高度，并将液位高度转换为与之对应的电容信号输出，解决了现有技术不易维修性和不易拆卸的问题。解决了被测介质温度变化引起体积变化的误差；可用于高温、高压、容器形体各异的油位测量。
[0011]本发明适用面广泛，能在军用/民用飞机上测量燃油油量，无需更改就能直接用于可安装在各种场合对汽油、柴油、液压油等油位进行准确的测控，也适用于各种非导电液体的测量。在现场条件特别恶劣，电磁干扰特别严重、搅拌特别厉害情况下测量导电介质也可以采用此类产品。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明多余度油量传感器构造示意图。
[0013]图2是图1的径向剖视图。
[0014]图3是图1多余度油量传感器在燃油储存装置中的安装示意图。
[0015]图中:1.安装支架，2.电器盒，3.衬套，4.活动安装支架，5.外极管，6.内极管，
7.钢带，8.下衬套，9.轴销，10.空心衬垫，11标牌，12.衬套，13.上衬套，14.挡圈。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0017]参阅图1、图2。在以下描述的实施例中，多余度电容式油量传感器，包括:同心圆筒形极板组成的圆柱形电容器探头、同轴连接圆柱形电容器探头的电器盒及其内置于盒体中的信号处理装置和引线组件，传感器的安装方式为内装式，圆柱形电容器探头和信号处理装置固联在一起。传感器的感应部分由两根同轴的非金属管构成，非金属管内外管壁分别电镀一层金属。外极管和内极管上的覆铜层构成传感器的两极，分别指定为外极管极和内极管极。外极管5、内极管6的内外管壁感应部分上覆有铜覆层，构成2个电容并行输出、多余度互为备份的敏感元件结构。圆柱形电容器探头的感应部分由外极管6、外极管5内外管壁上的覆铜层构成。外极管内外管壁电镀的铜覆层构成一组测量单元，内极管壁电镀的铜覆层构成另一组测量单元，两组测量单元各输出一组相同的电容信号。作为燃油油量传感器的接圆柱形电容器探头将燃油液面高度信号转换为电容信号，传感器的外极管极接受来自信号处理装置的激励电压信号，激励信号经过柱形电容，转换为与油位高度成正比关系的电流信号，通过内极管极通过接线片上的引线将该信号输出给信号处理装置。
[0018]为了提高非金属管传感器的耐振动，同时传感器还必须承受在使用过程中的高低温环境，保证传感器在其使用环境中的结构强度，接圆柱形电容器探头的感应部分的连接传感器两个非金属管之间的固定方式采用以刚性连接为主柔性连接为辅的连接方式。刚性连接方式为:外极管5和内极管6之间的采用的是在不锈钢轴销7两端上套聚四氟乙烯材料的空心衬垫进行固定连接固定。柔性连接方式为，外极管，内极管的管壁间采用聚四氟乙烯材料的衬垫6进行径向上的固定，其末端采用高温融化成型。
[0019]装配时，使用螺钉将上、下两个支架安装在燃油储存装置中，下支架8的安装孔为腰型孔，使传感器的安装有一定的容错能力。传感器的安装支架I固定在传感器的上衬套13和下衬套8上。感应部分的内极管6、外极管5通过金属轴销11和轴销9固定，并通过下衬垫8在径向上进行固定。外极管5，内极管6之间分别装配非金属空心衬垫10和金属轴销9，使外极管和内极管之间分别为刚性固定。感应体部分为一同轴电容，当油进入设备容仓后，会引起设备仓体和感应电极之间电容变化，这个变化通过频率测量与校正，在信号输出端输出0-5V标准信号供相关仪表或通信终端使用。
[0020]参阅图3。作绝缘处理后的电容器两极间浸入不同的界质中，由于电容器中的介质相对介电系数不同，电容量是不同的；而当电容器两极处在两不同介质的界面处，当液体介质的液面发生变化，也将导致电容器的电容C也发生变化。
[0021]电容传感器处在大气中、浸入不同液体或浸入不同液体深度不同，其电容量的变化，采用专用的信号调理电路把电容量转换比例电压输出。在大气中相对介电常数为1，电容传感器的电容量为CO，经调理转换后输出电压为V0，在油品中相对介电常数变大，在水中相对介电常数更大，电容传感器的电容量将随着浸入不同液体深度加大而变大，经调理转换后输出电压也将随之变大。电压信号再经放大器放大和A/D转换，得到不同的A/D值。A/D值的大小表明传感电容器所处的介质或淹没入油、水介质的深度。
[0022]本传感器采用两通道A/D转换器，其中一通道用于测量传感电容传感器的输出电压，另一通道用于温度信号的测量。微处理器控制数据的采集并进行数据预处理后，以数字形式用一定格式通过串行接口把两个数据传送往通信终端，在查询平台显示。
[0023]本传感器的关键器件是电容信号调理电路CAV414。该集成电路是一种专为电容传感器而设计的通用性强、多用途集成电路，该芯片内包含有完整的信号处理单元。(见图2)该芯片内含基准振荡器，其振荡频率可由基准振荡电容Cosc和Rosc来调整，基准振荡器驱动2个同步积分器，而在电阻(Rcxl+WO)和Rcx2值相同时，电容Cxl和(Cx2+Cx)则决定2个被驱动的积分器的积分电压幅度，即积分器的积分电压幅度差别反映了电容Cxl和(Cx2+Cx)的相对容量差。该芯片具有很高的共模抑制比和分辩率。它的差分信号端可由低通滤波器来进行处理和限定，而低通滤波器的角频率和增益也由几个外接元器件来调节，输出信号幅度也可由内部放大器进行预放大，放大倍数可由RL1/RL2及R1/R2确定。
[0024]用CAV414来测量电容，其电路如图2所示，图2中，Cx为电容传感器，其值很小，应用中可将电容传感器置在大气中，调节电位器Wl，使(Rcxl+WO)和Rcx2在电容Cxl和(Cx2+Cx)的初始值时使Vout输出O电压。当电容传感器在气油界面、油水界面位置变化导致电容器的电容Cx变化情况，使输出电压Vout发生变化。其从小到大变化规律是:电容传感器(I)在大气中一(2)逐步浸入油品，越浸越深一(3)全部浸入油品中一(4)逐步浸入水中，越浸越深一(5)全部浸入水中。确定RL1/RL2及R1/R2适当数值后，区别电容传感器以上五个位置。位置(2)即气油界面、位置(4)即油水界面，将位置(2)和位置(4)中的特定浸入线的A/D值存储，用数字法比较电容传感器浸入该液体是否超过特定浸入线，便可确定油品界面或油水界面。
【权利要求】
1.一种多余度电容式油量传感器，包括:同心圆筒形极板组成的圆柱形电容器探头、同轴连接圆柱形电容器探头的电器盒及其内置于盒体中的信号处理装置和引线组件，其特征在于:在圆柱形电容器探头和信号处理装置固联在一起；圆柱形电容器探头的感应部分由两根同轴装配的非金属管构成，两个非金属管内外管壁分别覆有一层导电体，在外极管、内极管的内外管壁感应部分上的导电体覆层，构成二个电容并行输出、多余度互为备份的敏感元件结构。
2.按权利要求1所述的多余度电容式油量传感器，其特征在于，圆柱形电容器探头的感应部分由外极管￠)、外极管(5)内外管壁上的覆铜层构成。
3.按权利要求1所述的多余度电容式油量传感器，其特征在于，外极管内外管壁电镀的铜覆层构成一组测量单元，内极管壁电镀的铜覆层构成另一组测量单元，两组测量单元各输出一组相同的电容信号。
4.按权利要求1所述的多余度电容式油量传感器，其特征在于，接圆柱形电容器探头将燃油液面高度信号转换为电容信号，传感器的外极管极接受来自信号处理装置的激励电压信号，激励信号经过柱形电容，转换为与油位高度成正比关系的电流信号，通过内极管极通过接线片上的引线将该信号输出给信号处理装置。
5.按权利要求1所述的多余度电容式油量传感器，其特征在于，接圆柱形电容器探头的感应部分的连接传感器两个非金属管之间的固定方式采用以刚性连接为主柔性连接为辅的连接方式。
6.按权利要求5所述的多余度电容式油量传感器，其特征在于，刚性连接方式为:外极管(5)和内极管(6)之间的采用的是在不锈钢轴销(7)两端上套聚四氟乙烯材料的空心衬垫进行固定连接固定。
7.按权利要求5所述的多余度电容式油量传感器，其特征在于，柔性连接方式为:外极管，内极管的管壁间采用聚四氟乙烯材料的衬垫(6)进行径向上的固定，其末端采用高温融化成型。
8.按权利要求1所述的多余度电容式油量传感器，其特征在于，内极管(6)、外极管(5)通过金属轴销(11)和轴销(9)固定，并通过下衬垫(8)在径向上进行固定。
9.按权利要求1所述的多余度电容式油量传感器，其特征在于，外极管(5)与内极管(6)之间分别装配非金属空心衬垫(10)和金属轴销(9)，使外极管和内极管之间分别为刚性固定。
10.按权利要求1所述的多余度电容式油量传感器，其特征在于，传感器的安装方式为内装式。
【文档编号】G01F23/26GK104236672SQ201410519999
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】何双亮, 张红杰, 刘培武 申请人:四川泛华航空仪表电器有限公司